TW201136113A - Method and apparatus for implementing slew rate control using bypass capacitor - Google Patents

Description

201136113 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明通常有關一種電容元件充電路。更明確地係， 本發明有關一種在通電情況期間的電容電路充電。 【先前技術】 電力系統可用於多種目的和應用。電源轉換器典型為 耦合至電能源來源的電路，其在電源轉換器的輸入端施加 電壓。電路時常需要一段初始化時間，於這段時間，在輸 入電壓最初施加在輸入端後，電源（例如一電容)便可通電 電路。電路設計者的挑戰是在各類型輸入電壓情況上，以 相同方法逐漸啟動電源，有時一供應電容。例如，在沒有 能力控制一供應電容的充電，其在通電將電力供應給電路 其他部分，一些電路可能經歷競爭情況或其他相似類型的 問題，其中未知或不必要的結果可能會於電路元件上發 生。此外，如果瞬間輸入電壓太高，過衝情況可能發生， 在此情況，由於供應電容的快充電率和電路的慢響應時 間，所以供應電容會過充電。此會導致其他電路元件暴露 在高電壓，可能超過其電壓額定值。 4 201136113 【發明内容】 本發明揭不一種利用電容控制充電一電容電路的轉換 率、示例電路包括—調節器電路，以在電路的it常操作 模式期間節供應電壓。—電容電㈣合至該调節器電 路該°周^電路係耦合利用充電電流以充電在該電容電 2的f 和第二節點間的電容。-轉換率控制電路耦 &至該調節n電路和該電路。該轉換率控制電路是在 電路的通電;^式期間設定在第—和第二節點間的電壓轉換 率0 Λ 【實施方式】 本文將描述實施電容元件轉換率控制的方法和裝置。 在下f描f中’為了要提供對本發明的完全瞭解，發表許 夕特疋”’田# $過’熟悉此技術者應明白，特定的細節不 需要用來實施本發明。在其他紐巾，為了避免造成本發 明模糊，未詳細描述熟知的物件或方法。 本說明書參考的「一具體實施例」或「-範例」係音 謂有關具體實施例或範射所述的特別特㈣構或= 括在本發明的至少-具體實施例。因此，在本 = 地方出現的用語「在一具體實施例戍「 j曰5 」4 —軏例」不必鈇 全部參考相同的具體實施例或範例。此外，特別的 …、 結構或特徵在一或多個具體實施例或範例中能以任和眭合 組合及/或次組合加以組合。特別的特性、結&或^適當 括在-積體電路、-電子電路、-組合邏輯電路^ 201136113 描述功能的其他適當組件中。此外，應瞭解在此提供的圖 式是為了對熟悉此技術者加以解釋，且圖式不必缺依比 繪製。 ‘、、、例 如將討論，根據本發明教導的一示例轉換率控制電路 係利用供應電容的一部分容量，於通電模式期間，設定在 高阻抗積體電路中的一整合供應電容的電壓轉換率。該轉 換率控制允許高阻抗積體電路的所有内部節點，以有助於 避免競爭情；兄的控制方式啟動電源。 ^在一範例中，根據本發明教導的一轉換率控制電路可 當做一部分積體電路使用，其係直接連接至例如85Vac至 =5 Vac的ae線電壓（linev〇hage)，且當施加扣電源時， 根it即暴露至高電壓。在一範例中，轉換率控制電路可 二c電壓’其在啟動時會於时線路上呈現，所以在仏 疋時間的dc電壓可在〇和375伏特之間範圍。 〇 方换ί 了要說明，圖1為通常說明-示例積體電路⑽的 1圖’其中在要充電的電容電路 r根據本發明教導的一電容電路105的一部分 二1 時加以。設定。如在所述範例的顯示，一積體電路 作槿% —調節11電路1G3，其輕合可於電路⑽的正常操 間’穩定在電容電路105上的供應電壓VsuppLY。 =例中，調節器電路1G3 _合接收輸人電壓AN，其在 ϋ例中為-整流dc線電壓。操作期間，調節器電路刚 充電在電容電路105的第1點A和第二節點k 曰、電各c_LY。如圖所示，—轉換率控制電路1〇7亦耦 6 201136113 合至調節器電路103和電容電路105。在操作期間，轉換率 控制電路1G7係輕合成於積體電路i⑽的通電模式期間、， 5又疋在^電路105的第—和第二節點間供應電壓 的轉換率（電壓變化與變化時間關係）。在通電模式中，轉換 :控：電路107從電容電路1〇5接收轉換率控制電流Isc: .別轉換率控制電路1〇7限制轉換率控制電流 以控制電容電路105的轉換率。 如以下將詳細節討’轉換率控制電路107的一範例係 i = 模式期間’設定在第-節點A和 第一郎點B之間電容電路1()5的供應電壓 =在電容電路105上帽變化率。根據;轉二 教導，逐-轉換率控制電路1G7的設 上的其他電路將能以受控制方式啟動，不致= ^情況發生。^全通電模錢，調節器電路丨 :電路⑽的正常操作模式期間，調節供應電心― 電信號pu ln餘合成由轉換率控 制電路10:接收’以指出積體電路1〇〇的通電模式。 >在斤範例中’在正常操作模式期間，藉由調節器電路 103调節的供應電壓VsuppLY係耦合成電源驅動在積體電路 100中所包括的其他電路。如圖i所示，在積體電路削 中的另-電路可包括例如控制H電路1Q9，其絲合供應電 壓vSUPP—LY以接收工作功率。應明白，控制器電路1〇9是在 圖1顯示做為解釋，且根據本發明的教導，在正常操作模 式期間’由VSUPPLY啟動的其他類型電路可包括在積體電路 201136113 100 t。 圖2為通常說明一示例 的教導，在所要充電的電容 ，其中根據本發明 率係於通電模式期間，利 ^電屋VSUPPLY轉換 加以控制。在-範例中，路如的-部分電容 電容電路205和轉換率控制 日^導’調節器電路203、 的調節器103、電容電路為分別圖1積體電路1〇〇 例實施。如描述範例所示，積°體==制器107之所有範 上的供應電壓V瞻『在操 二電合電路205 合成利用供應電流Is充電^期i4，器電路期係搞 之間的電容電路205。如圖所亍卽點】=和一第二節點236 旅知人石抽μ圓所一轉換率控制電路207 ” σ調郎器電路203和電容電路2〇5。 玫t範例中積體電路200可包括在一低功率積體電 換率到達調節臨界值V咖前，轉換率控制電路 :用，控制供應電壓(在說明範例為VsuppLY)的轉換率 m作期間’轉換率控制電路2〇7係耦合成在積體 通電模式期間，設定在第一和第二節點213和236 間的供應電壓VSUPPLY轉換率。 所示，電容電路2〇5包括一第一電元件，其耦 Γ,、+、—電7°件。在描述範例中，第一和第二電元件係 二?日蕾CF輕合至電容器Csc。電容器Cf具有第一電 ^ _各杰CSC具有第二電容。在一範例中，電容電路 的電容於通電模式期間係等於電容器&的電容。不 8 201136113 過，電容電路2{)5 器cF的電容和電、^於正常操作模式期間係'等於電容 式期間的電容電路205°因此’正常操作模 容電路205的整體電容。罨谷係大於通電模式期間的電 你一粑例中，電宏$ r λ 石夕上，其中積體電路2() F 者整合在積體電路的 電路205的面積， 括在内，且選擇保持降低電容 壓V證LY漣竣(寻:正常操作模式期間維持低供應電 電路205的整體電容約特峰對峰）。在-範例中，電容 電容器Csc為75奸。二’其中電體容器CF為! 25pF且 的整個積體電略 關中積體電路2GG包括在内 如描述範例7 =耗是在15至挪A範圍。 和-電阻器RSG^率控制電路2G7包括-開關T3 率控制電路207關閉，且如果供;電換 開關乃會由轉換率控制電路2G7導通。m電壓， 導’ #作上，開關T3在正常操作模式期間會持二 電ϊΐ:=_2。7搞合成在通電模二間， 用來自電容電路205的電電 此開關Τ3會關閉。如圖所示，如果開關τ二:二 不能夠引導钱，實質上透過開關Τ3麵合至節點^明的Τ電3 谷益csc的第-節點現在係實質透過電阻器# 點236。不過，轉換率控制電路2〇7於正常操作模^期二 201136113 停止利用來自電容電路205的一部分電容。特別地係，轉 換率控制電路207係響應在第一和第二節點213和236之 間電容電路2〇5上的供應電愿VSUPPLY (到it調節臨界電 壓），以停止利用或採用來自電容電路205的電容器Csc。 在一範例中，調節臨界電壓為約5.6伏特預定電壓\因此， 在一範例中，根據本發明的教導，開關T3係響應供應電壓 Vsupply由轉換率控制電路207進行切換。 如圖2所示，轉換率控制電路2〇7亦包括一閂鎖器 237,其耦合成接收一通電信號PU211。在一範例中，閂鎖 器237為一設定-重置SR閂鎖器，且閂鎖器237係透過如 圖所示的一反相器241，響應PU信號加以設定。在範例中， 在通電的供應電壓VSUPPLY的上斜坡期間，pu信號將透過 反相器241開始「低」設定閃鎖器237,其使開°關乃處於 關閉。如果開關T3關閉，轉換率控制電路2〇7可利用電容 器Csc，且實際上從電容電路205採用。 如描述範例圖式所示，開關T3關閉。電容器Csc和 阻器Rsc係串聯，使得一部分供應電流18(為轉換率控制^ 流Isc)流經電容器Csc和電阻器Rsc。在一範例中，電阻器 Rsc具有約750 Kohms的抵抗，且電容器csc具有約75p= 的電容。如描述範例的圖式所示，雙極電晶體和 基極端係耦合至電阻器Rsc。因此，在電阻器Rsc上形成’ 壓降，同時電阻器Rsc和雙極電晶體Q1和Q2 ^通^产係 限制在雙極電晶體Q1和Q2的Veb基極、射極電壓降=其、 等於二極體壓降或約0.7伏特。因此，藉由選擇電阻器r、 201136113 的抵抗，流經電阻器Rsc是依照歐姆定律加以設定，其在 此範例約0.7伏特，經由電阻器Rs(；的抵抗形成分壓。根據 本發明的教導’透過電阻器Rsg和電容器&歧轉換率控 制電流Isc’設定在通電模式期間的充電電容電路2〇5的轉 換率。 由於在節點255的電壓是由雙極接合電晶體(Bip〇lar Jirn^on Transistor，BjT)Q2的基極至射極電壓降設定，所 以藉由《又疋電阻器Rsc的值可設定充電電流Isc。由於電容 器csc是由下列方程式控制： dv _ Jsc --- .. dt Csc 其中dv/dt是轉換率或在電容電路205上的電壓增加 率，Isc是改變電容器csc的轉換率控制電流；及csc是電 容器csc的電容值。如圖所示’限制及/或降低dv/dt的一 變數是改變電容器Csc的轉換率控制電流Isc;。在一範例 中’電容器Csc和電阻器Rsc是在通電模式期間，由轉換率 控制電路207用來在電容電路205上產生供應電壓vSUPPLY 轉換率限制上斜坡。 如果輪入電壓端子270比輸入電壓端子260更正，如 端子270和260的極性符號所示，圖2描述的下列範例說 明將可適用。如果輸入電壓具有相反極性，使得端子260 比輸入電壓端子270更正時，下列描述中，電流源229A可 取代電流源229，電阻R3A取代電阻R3，開關T1A取代開 關T1 ’開關T2A取代開關T2，且供應電流ISA取代供應電 201136113 流Is。 在描述範例中，調節器電路203包括一開關τΐ(耦合成 導通和關閉），以從電流源229(耦合至輸入電壓ν1Ν，如圖 所)提供供應電流Is。在一範例中，在通電模式期間，V1N 可為一瞬間直流電壓，且電流源229提併約0.2至0.5 mA 的供應電流Is。在一範例中，電流源229可響應輸入電壓 VIN改變。如果開關T1導通，來自電流源229的供應電流 躺合成由電容電路205接收且由轉換率控制電路2〇7透過 節點213控制，如圖所示。如果積體電路200最初在通電 模式期間導通，開關T1在通電模式期間導通，其使來自電 流源229的供應電流Is開始將電容電路205充電至上斜波 供應電壓 VsUPPLY 〇 在一範例中’調節器電路203亦包括一比較器225，其 耦合係透使用電阻R1和R2形成的分阻器接收代表供應電 壓VSUPply的電壓Vx。如描述範例所示，比較器225係搞 合成比較代表供應電壓Vsupply的接收電壓與一參考電屋 Vreg。在範例中，參考電壓VReg對應至供應電壓VSUPPLY， 其等於調節臨界電壓Vref ’例如約5.6伏特。 如果積體電路2〇〇開始供電，比較器225可察覺供應 電壓Vsupply小於調節臨界電壓，其會造成比較器225使開 關T2關閉。如果開關T2關閉，開關τι的閘極會透過電阻 R3拉高使開關T1導通。如果開關T1導通，來自電流源 229的供應電流Is會透過節點213充電電容電路205,如圖 所示。此外，為了控制電容電路205的轉換率，電晶體Q1 12 201136113 和Q2將過度電流從電流源229分路至接地端236。換句話 說’不用來充電電容器Csc的來自電流源229的過度電流 會透過電晶體Q1和Q2導至接地端236。 如果比較器225察覺供應電壓VSUPPLY已到達調節臨界 電壓’比較器225耦合使開關T2導通。如果開關T2導通， 開關T1的閘極會拉低，使開關T1關閉。如果開關T1關閉， 來自電流源229的供應電流ls不再由位在節點213的電容 電路205接收。如此，調節器電路203在正常操作模式期 間，可提供供應電壓VSUPPLY的調節。 在圖2描述的範例中，轉換率控制電路包括由電晶體 T4和T5形成的電流鏡。雙極電晶體Q1耦合至電晶體τ5。 如範例所示，雙極電晶體Q2耦合在電晶體Τ5和Q1，雙極 電晶體Q1和Q2的基極耦合至電阻器Rsc，如前所述。在 範例中，電流比較器259是由耦合至電晶體T4的電流源 257形成。 如上述’如果供應電壓VsuPPLY已到達調節臨界電壓 Vref，開關T1會關閉，使得來自電流源229的充電電流不 再於節點213接收。因此，雙極電晶體Q1和Q2會停止傳 導電流。此時，電流比較器259的電流比較器輸出信號cc 238然後會變「低」’此表示轉換率控制電路207不再激活。 問鎖器237然後會由低電流比較器輸出信號CC 238透過反 相器239重新設定’其會使電晶體T3導通。根據本發明的 教導，如果電晶體T3導通，轉換率控制電路207會停止利 用或採用電容器Csc，且電容器Csc的電容因此會返回至電 13 201136113 Z路Γ5。隨著電晶體T3導通且轉換率控制雷路207不 二電路205的，容現在會是電 益sc的〜和。此外，隨著電晶體τ 會從供電操作模式切換成現在調_通愿ν積體電=〇 常模式。 屯沒vSUPPLY的止 應瞭解，藉著將電容電路2〇5的電容 :用’以在積體電路200的正常操作模式期間提供供應 rirr、以及用於在通電模式期間控制在電容電路 、八應電壓VSUPPLY轉換率；如果與使用電容電路2〇5 和轉換率控制電路207的獨立電容之解決方案相比較，可 減少實施電容電路205和轉換率控制電路2〇7的積體電路 中的電路200之總整體石夕面積量。 圖3顯示有關一示例電路的波形，其中要充電的電容 電路轉換率係利用根據本發明教導的一轉換率控制電路予 以設定。 在時間t〇’假設由於供應電壓VsuppLY未對積體電路2⑼ 中的電路進行任何通電操作，所以電路開始係以通電模式 361通電。此時，VsuppLY會在實質零伏特開始，且通電信 號PU 211係為預設值，其表示通電模式。如果供應電壓 VsuPPLY在時間ti到達第一電壓臨界VTH1，在積體電路2〇〇 中的電路(例如電晶體)有足夠的電壓操作。如圖所示，供應 電磨VSUPPLY不受控制且任意地提高直到積體電路2〇〇中的 電路在時間q通電操作前。在一範例中，電壓臨界vthi可 月b約0.8伏特。如果供應電壓vsuPPLY在時間t；2到達通電電 14 201136113 壓臨界Vpu’通電㈣1>11211高到使圖2的閃鎖器237處 於「設定」情況’其使開關T3保持關閉。雖然供應電壓 vSUPPLY低於調節臨界電壓Vref，但是比較器22 5會使開關 T2保持關閉，㈣關T1導通，其允許電流源^以控制 方式對電容電路205進行充電。此時，供應電壓1麗的 轉換率係如圖2上面的討論加以控制。在—範例中，供應 電壓v贈LY的轉換率是控制在從時間u至時間㈣。電流 比較器259可感測傳導流經轉換率控制電路2〇7的轉換率 控制電流isc’如圖所示’從時間t〇至時間t3，可輸出高電 流比較器輸出信號CC 238。 供應電壓vSUPPLY繼續充電時’但是在供應電壓VsuppLY 到達調節臨界電壓VREF前，通電信號]?1；211在時間T2 變成「咼」’如果VSUPPLY在時間t3到達調節臨界電壓Vref， 允6午閂鎖益237农終為重置。在一範例中，在vsuppLY已升 到約例如5.6伏特的調節臨界電壓Vref的1/3後，通電信 號PU211變成「高」，其表示對於處於主動狀態的所有電 路已充足提高VSUPPLY。在一範例中，如果通電信號PU 211 設定成「高」’閂鎖器237將準備好接收來自信號cc 238 的重置請求。開關T3會保持關閉，使受控制供應電壓的轉 換率保持如圖2上面的討論。 在時間h ’供應電壓VSUPPLY已升到調節臨界電壓 VREF ’如圖所示。此時，通電模式361完成，且開始正常 操作模式363。由於供應電壓VSUPPLY目前已到達調節臨界 電壓Vref，比較器225使開關T2導通，且開關T1在時間 15 201136113 t；3關閉如圖所不。隨著由於vsuppLY到達調卵臨界電壓vref 使得開關T1關閉，電流比較器輸出信號cc 238在時間t3 進入「低」，如圖所示。隨著電流比較器輸出信號CC 238 進入「低」’閂鎖器237重置，使開關T3 345在時間t3導 通’如圖所示。因此，電容電路205的電容器Csc現在連 接至接地端’且根據本發明的教導，轉換率控制電路207 現在不再利用電容器Csc的電容。 在時間％和t4之間，圖3顯示開關T1和T2在調節器 電路203為導通及關閉，以調節供應電壓VsuppLY在調節臨 界電壓VREF。特別地係，時間tx為電容電路的充電時間， 且時間ty為電容電路的放電時間。 本發明的上面說明範例描述（包括在發明摘要的描述） 不是要詳盡無遺漏或侷限於揭露的實質形式。雖然本發明 範例的特殊具體實施例在此描述是為了說明目的，但是各 種不同等效修改未悖離本發明的廣泛精神和範圍。而且， 應明白特定電壓、電流、頻率、電力範圍值、時間等的提 供是為了解釋目的，且根據本發明的教導，其他值亦可使 用在其他具體實施例和範例中。 鑑於上面詳細的描述，本發明的範例可進行這些修 改。在文後申請專利範圍中使用的術語應不構成將本發明 侷限在說明書和文後申請專利範圍中所揭露的特定具體實 施例。不過，範圍完全是由文後申請專利範圍決定，其係 根據申請專利範圍詮釋的現有規範構成。本說明書和圖式 因此只是說明而不是限制。 201136113 【圖式簡單說明】 除非另有規定，否則本發明的非限制和非無遺漏具體 實施例參考下圖描述，其中在各種不同圖式的相同參考數 字代表類似部件。 圖1為通常說明一示例電路的方塊圖，其中於通電期 間，在要充電的電容電路上的電壓轉換率係根據本發明的 教導加以設定。 圖2為通常說明一示例電路的方塊圖，其中於通電期 間，在所要充電電容電路上的電壓轉換率係根據本發明的 教導，利用一部分電容加以設定。 圖3顯示有關圖2的示例電路波形，其中於通電期間， 在要充電電容上的電壓轉換率係根據本發明的教導，利用 一部分電容加以控制。 【主要元件符號說明】 100 積體電路 103 調節器電路 105 電容電路 107 轉換率控制電路 109 控制器電路 111 通電信號PU 200 積體電路 203 調節器電路 201136113 205 207 211 225 229 229A 236 237 238 239 255 257 259 260 270 361 363 電容電路 轉換率控制器 通電信號PU 比較器 電流源 電流源 接地端 閂鎖器

電流比較器輸出信號CC 反相器 節點 電流源 電流比較器 輸入電壓端子 輸入電壓端子 通電模式 正常操作模式

Claims (1)

1. 201136113 七、申請專利範圍： ]· 一種電路，其包括： -絲電路’在該電路的—正常操作模式期間調節 一電容電路，其耦合至該調節器 一轉換率控制電路，其耦合至該調 =了;換率控制電路係在該電路的物=電: 该第一和苐二節點間設定一電壓轉換率。 在 包括之電路’其中該電容電路 電容的第!電;件的第-電元件輕合至-具有-第二 的一3電容=====路’其中該電容電路 電容電路的該電容在 和第二電容的總和。 力门係專於5亥第-電容 路只範圍第1項之電路，其中該調節器電 在正㊉#作模式期間調節該供應電壓。 制電路二 轉換率。 乐卽，，，、占間的電墨 該第1項之電路，其中該轉換率是在 禾一即點間的電壓變化率。 19 201136113 7. 如申請專利範圍第2項之電路，其中該第一電元件 包括一第一電容器，其具有一第一電容，且該第二電元件 包括一第二電容器，其具有一第二電容。 8. 如申請專利範圍第2項之電路，其中該轉換率控 制電路包括一開關和一電阻器，其耦合至該電容電路，其 中該轉換率控制電路耦合成響應在該第一和第二節點間的 電壓以切換開關。 9. 如申請專利範圍第8項之電路，其中該在正常操 作模式期間之該電容電路的該電容係大於在通電模式期間 之該電容電路的該電容。 10. 如申請專利範圍第1項之電路，其中該轉換率控 制電路包括一閂鎖器，其耦合成當該電路從供電模式改變 成正常操作模式時切換一開關。 11. 如申請專利範圍第1項之電路，其中該轉換率控 制電路係耦合成在通電模式期間，利用來自該電容電路的 一部分電容。 12. 如申請專利範圍第11項冬電路，其中該轉換率 控制電路係響應在該第一和第二節點間的電壓，以停止利 用來自該電容電路的部分電容到達一調節臨界電壓。 13. 如申請專利範圍第1項之電路，其中一通電信號 係耦合成由該轉換率控制電路接收。 14. 如申請專利範圍第8項之電路，其中該轉換率控 制電路更包括： 201136113 -電流比較器，其耗合成感測來自該調節 電電流，以偵測何時完成該通電模式；及 °。 的充 以 一閂鎖器，其耦合成響應該電容比較器予以重置， 響應該通電模式完成開關導通。 ’ 15. 如申請專利範圍第1項之電路，其中該調節器電 路包括一電流源，其耦合成如果在該第一和第二節點間的 電壓小於一調節臨界值時提供充電電流。 16. 如申請專利範圍第15項之電路，其中該調節器 更包括·比較裔，其輛合成感測在該第' 一和第二節點間的 電壓何時小於該調節臨界值，其中如果在該第一和第二節 點間的電壓小於該調節臨界值，該比較器耦合成使該電流 源利用充電電流對該電容電路進行充電。 21